DE2644183C3 - Auswertegerät für Thermolumineszenz-Strahlungsdosimeter mit einer eine Heißluftdüse aufweisenden Heizeinrichtung zum Erwärmen von Dosimeterelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Auswertegerät fürThcrmo-Iumineszenz-Strahlungsdosimeicr nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

F.in Dosimetereiemcnt eines Thcrmolumincszcn/.-Strahlungsdosimctcrs sendet Thermolumineszenz-Licht aus, wenn es auf 200"C bis <100"C erwärmt wird, nachdem es einer Strahlung, wie z. IJ. radioaktiven Strahlen, ausgesetzt war. Bekanntlich ist die Intensität dieses Thermolumineszenz-Lichtes der vorausgegangenen Bestrahlungsdosis proportional. Bei herkömmlichen Ableseinstrumenten für Thermolumincs/.enz-Strahlungsdosimetereleniente finden unterschiedliche Erwärmungsverfahren Verwendung, die sich im wesentlichen in /wei Arten unterteilen lassen. Bei der einen Art dieser Verfahren wird das Dosimeterelement mit einer Wärmequelle in Berührung gebracht, was jedoch in der Praxis mühsam und aufwendig ist. Darüberhinaus weisen einige Dosimeterelemenie eine für diese Erwärmungsverfahren ungeeignete Form auf. Bei den Verfahren der anderen An wird heiße Luft gegen das

ίο Dosimetereiemcnt geblasen. Wenn ein Dosimeter mit mehreren Elementen unter Verwendung dieses Erwärmungsverfahrens abgelesen werden soll, wird das Dosimeter intermittierend relativ zu einer Düse zum Anblasen mit heißer Luft bewegt, so daß die einzelnen

ij Elemente des Dosimeters aufeinanderfolgend erwärmt werden können.

Außerdem besieht das Problem des sogenannten optischen Rauschens beim Ablesen derThermoluinineszen/.-Strahlungsdosimeterelemente. Im allgemeinen ist die Intensität des von einem herkömmlichen Thermolumincszcnz-Strahlungsdosimeiereiemeni abgegebenen Thermolumineszenz-Lichtes sehr gering, so daß eine genaue Auswertung des Thermolumineszenz-Lichies schwierig ist, wenn das optische Rauschen nicht ausreichend unterdrückt wird. Prinzipielle Rauschqucllen beim Auswertegerät sind: a) der Dunkelstrom im fotoelektrischen Wandier des Auswertegerätes, b) das Eindringen von Außenlicht in das Auswertegerät und c) die Wärmestrahlung von Erwärmungsbcrcichen des

jo Auswcrtegeräles, beispielsweise von den Wänden der Heizkammer und/oder von gewissen Teilen der Heizvorrichtung, wie der l.ufldüse und dem Wärmeaustauscher. Ein von dem Dunkelslrom des fotoelektrischen Wandlers verursachtes optisches Rauschen hängt im wesentlichen von der Temperatur des foioclektrischen Wandlers ab. Es ist möglich, dieses Rauschen auf einen genügend niedrigen Wert zu verringern, indem der foloclektrische Wandler gekühlt oder — einfacher — dieses Rauschen elektrisch k<-rnipcnv?rt wird. Ein auf das Eindringen von Außenlicht zurückzuführendes Rauschen kann ziemlich einfach ausgeschlossen werden, indem das Auswertegerät einen vollkommen geschlossenen Aufbau mil wirksamen Lichtdichtungen aufweist. Die Wärmestrahlung als Störungsquellc ist das am

■t5 schwersten zu lösende Problem bei den herkömmlichen Auswertcgcrälcn, und zwar unabhängig von der Art des Erwärmungsverfahrens. Die llcizkainmer und die Heizvorrichtung des Auswertegerätes umfassen immer einige Metallteile. Ein erwärmtes Mctalllcil sendet

5" beispielsweise an seiner Oberfläche Licht in einem weiten Infrarot-Wcllcnlängcnbcrcich aus, was von der Obc-flächcntempcratur des Metalltcils abhängt. Wenn eine solche Wärmestrahlung im Auswertegerät auftritt, bestimmt die Intensität der Wärmcsirahlung den Untergrundwcrl des Thcrmolumines/en/.-Lichlcs. Da die Intensität dieser Wärmestrahlung von Tempcraluränderungen abhängig ist, treten hierdurch zwangsläufig unregelmäßige Schwankungen des IJntcrgrundwcrtcs auf, die die Messung des schwachen Thcrmolumines-/enz-Lichtes erschweren.

Aus der DE-AS 1942 121 ist ein Auswertegerät für Thcrmolumines/.cn/.-Slrahliirigsdosi meter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I bekannt, bei dem in einer Schiebevorrichtung angeordnete Dosimetcrelc-

&5 mentc durch Anblasen mit zuvor erhitzter Luft wahlv/cise erhitzt werden, wobei das von dem jeweils erhitzten Dosimclcrclement emittierte I hermolumincs-/cn/Licht über einen Lichtleiter auf einen foloclcktri-

sehen Wandler gerichtet wird. Zwar wird der Cinfluli der Wärmestrahlung der verwendeten Heizeinrichtung durch eine die Heizeinrichtung umgebende Wärmeiso· lationsschicht >ind Anblasen der Dosimeterelcmente mit erhitzter l.ufl in einem gewissen Ausmaß unterdrückt, jedoch tritt weiterhin Wärmestrahlung durch die Öffnung der Heizeinrichtung zum Führungselement für die erhitzte Luft aus. Insbesondere sind keine Maßnahmen zur Verringerung des Einflusses der Wärmestrahlung des Dosimeters getroffen, obwohl erwähnt wird, daß die Meßgenauigkeit des gesamten Systems von der Wärmestrahlung sowohl der Heizeinrichtung als auch des Dosimeters nachteilig beeinflußt wird.

Weiterhin ist aus der US-PS 37 92 277 ein ebenfalls dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechendes Auswertegerät fürThermolumineszenz-Strahlungsdosimeter bekannt, bei dem durch Verschieben der Dosimeierhalterung eine wahlweise Erwärmung der Dosimetcrelemente in einem heißen Luftstrahl erzielbar ist. Ein Teil des von dem jeweiligen erwärmten Dosimctcrclemcnt emittierten Thcrniolumincszcn/-l.ichls wird über einen Lichtleiter auf einen fotuslektri-sehen Wandler gerichtet und dort in eine elektrische Meßgröße umgesetzt. Maßnahmen, die den nachteiligen Einfluß der Wärmestrahlung auf die Meßgenauigkeit des Systems verringern konnten, sind jedoch auch bei diesem bekannten Ausweriegräl nicht vorgesehen.

Darübcrhinaus ist es aus der Fachzeitschrift »Nuclear Engineering«, IJd. 11. 1066. Nr. 126, Seiten 875 und 876, bekannt, bei einem Auswertegerät für die Thcrmolumincszenz-Slrahlungsdosimelrie. bei dem ein geeignetes Pulver durch Erhitzen zur Abgabe von Thermolumineszenz-l.icht angeregt wird, zwischen dem Pulver und einem das Thermolumineszenz-Licht in ein entsprechendes Ausgangssignal umsetzenden fotoclcktrischen Wandler ein Glasfilter als Wärmeslrahlungsabschirnuing sowie als Infrarot-Filter zu verwenden. Die durch die Verwendung eines solchen Filters crzielbare Wärmestrahlungsabschirniung ermöglicht jedoch keine derartige Erhöhung der Meßgenauigkeit, daß auch 4" schwache Therniolumineszenz-Strahltingswcrte bei einem hohen Störanleil mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, ein Auswericgeräl für Thermolumineszenz-Slrahlungsdosimetcr der im Oberbegriff des Patentanspruchs I genannten Art derart auszubilden, daß die vom Erwürmiingsbereieh lies Gerätes auf den optischen Bereich einwirkende Wärmestrahlung weitergehend unterdrückt und dadurch bei der Messung schwachen Therniolumineszcnz-Lichles ein hoher Signal-Störabsland erreich-, wird.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I angegebenen Mitteln gelöst.

Da nunmelir sowohl eine Wärmcstrahliings-Absehirmplalte zwischen dem optischen Führungselement und den Stralilungsdosimcterelementcn angeordnet ist als auch zumindest die Oberfläche der Eintriltseitc oder die Oberfläche der Austritiseilc des optischen Führungselcmcntes mit einer Wärmefilterschicht versehen ist, wird die restliche Wärmestrahlung der llcizeinrichiung und insbesondere die Wärmestrahlung der Strahlungsdosimctcrelementen derart weitgehend unterdrückt, daß sich eine zufriedenstellende Erhöhung der Meßgcnaiiigkcil ergibt, die durch die wirksame Bündelung des von jedem Strahlungsdosimeterelemenl emittierten Thcrmolumin.;<.cn/.-Lichlcs aufgrund der speziellen Ausgestaltung des optischen Führungselemente* weiter verbessert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unte'-ansprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I in schematischer Darstellung den grundsätzlichen Aufbau des Auswertegerätes,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Thermoluniineszenz-Sirahlungsdosimeters mit mehreren Elementen, dessen Meßwerte mit dem Auswertegrät nach Fig. I abgelesen werden können, und

Fig. i eine perspektivische Ansicht eines optischen Führungselemcntes als Bauteil des Auswertegerätes nach Fig. 1.

Das Auswertegerät nach Fig. I ist zum Ablesen einer Mehrzahl von Dosimeterelementen 10 konstruiert, wobei in dem dargestellten Fall drei Dosimeterelemenie 10 in eine (nicht dargestellte) Heizkammer eingesetzt sind. Die Dosimeterelemente 10 köp ,n in vorangestellten Positionen und vorgegebci.en Abstanden zueinander mittels einer Halterung stationär gehalten werden, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das Auswertegrät besitzt eine Heizeinrichtung 12 mi¹ einer Pumpe II, die über Leitungen 18 Luft mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit zu drei Düsen 16 führt, und einem Wärmeaustauscher 20, der den Luftstrom in den Leitungen 18 auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, die beispielsweise im Bereich zwischen 200°C und 400" C liegt, indem von einem außerhalb erwärmten Mittel Wärme übertragen wird. Die drei Düsen 16 sind derart angeordnet, daß sie die erwärmte Luft gegen die drei entsprechend angeordneten Dosimeterelcmente 10 blasen. Drei Durchflußsteuerventile 22, die beispielsweise elektromagnetisch betätigt werden können, sind zwischen der Pumpe 14 und dem Wärmeauslauscher 20 angeordnet, um die Störungsmiltelverbindung durch die drei Leitungen 18 einzeln zu regeln. Eine Steuerschaltung 24 öffnet und schließt die drei Durchflußstcucrventile 22 wahlweise, so d-.ß jedes dieser Ventile für eine veränderbare Zeitdauer geöffnet werden kann, während die verbleibenden beiden Ventile geschlossen bleiben.

Die drei Dosimetereleinentc 10 können entweder drei einzelne Dosimeterelemente oder eine einzige Gruppe eines Dreiclement-Dosimeters bilden. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mchrclemcnt-Dosimelers. Ein Rahmenteil 26 mit drei Öffnungen 28 hält die drei Dosimetcrelemente 10 in solchen Abständen, daß die Dosimetcrclcmentc 10 in den entsprechenden Öffnungen 28 aufgenommen werden und unverdeckt bleiben. Jedes Dosimelerelcmcnt 10 hat die Form einer Glasampulle, in der ein Thermolumineszenz Material, wie beispielsweise mit Thulium oder Berylliumoxid aktiviertes Calciumsulfat (CaSO₄ : Tm. CaSO- : Be(J), enthalten ist. Das Rahmenelcmcnl 26 weist eine Mehrzahl winziger Löcher 30 auf, die derart angeordnet sind, daß die individuellen Indcntifikationszahlcn der Dosimetcrelemente i0 während des Ablcscns optisch beobachtet werden können, indem wahlweise ein Teil dieser Löcher .30 verschlossen wird.

Das Auswertegerät nach F i g. I besitzt ii, gewissem Abstand von den Dosimeterelemcnten 10 an der den Düsen 16 abgewandten Seite einen herkömmlichen fotoclcktrischen WaniiVr 32. Ein aus optischem Glas, wie beispielsweise Quarzglas, bestehendes optisches Führungselement 34, das die Form eines viereckigen Prismas mit einem Trape/.-Qui-rschnilt aufweist, wie es

in Ii)' !dargestellt ist. isl /wischen den Dosiinctci elementen IO um\ dem foloelcktnschcn Wandler 32 angeordnet Die längere det heulen jiarallelen Seilen iles Itape/es befindet MeIi in der I inmilslliichc 34,/des optischen I iiliiungsclemenis 54 gegenüber ilen Dnsi meleielemerileii 10. wahrend sich die km/ere Seile in der Aiistriltsflaclie 54Λgegenüber dem fotoclektrischen WiiiulliT 32 befindet Die rinliitlsflaehe 34,f nndoder die Ausiriltsflaclie 34/>des optischen lührimgsclcmcnls 34 vmil jeweils mil liner ojitisi lien I illei si - Ii tv 111 lh hcschii hlct. die die Wellenlangen im Infrarot Bereich und du längeren Wellenlängen untetdiuckl. Hi-ispicls-Wi^-isi· IM die lillerschichl 3h ein gcschii hteter Belag der meliuie /nS Schichten und meinen· iliinne ΜμΙ .. Selnelileii aufwciM. du jeweils iliireh Aiifdamplbe schichtung gebildet sind 1 IbIu her weise sind stehen h/u. nenn dieser heulen AiUn tun Schichten vorhanden. wiiini ii.ι** Vei ii.iiiiii·. der opiisi ilen i)uke der /nS Si hichlcn zu der der M)¹I .••Schichten 2 /n 1 bclriigl Dei Heien Ii dei I mti iltsllaclic 34 ;i des optischen I uhrungselcnicnts 34 sollte pmll genug sein um iille nosimeleielemenle 10 eil.issen /u kimneti. wahrend du Aiisti iitsfhii he 54/' kleinei ;ils die rmliitlsflai he 54;i ist

I im iluMiie Warmeslrahlungs AbM hu mplaite 3H isl /wiselien die I )<>%in;eleii ienu nie 10 n ml die I inliillsfl.i ehe 34.y des optischen l'iihiiiiij^elementes 34 eitij'eliifl. Die W iiiitii-stiiihliinps Ahsc hu ni[il,ille 3S weist drei Sihht/i¹ 38.1 ;in(. du. feeij'net felorml und dei.nl an^'coidnet sind, d, ι H c 1.1 s I hei muh ι mines/en/ I .iehi de ι drei DciMinctiTilcmcntc 10 teilweise diiiih die enispre eilenden Si hlit/c 3H.I itt d.is (iptm he I iilniiiij'selenienl 34 einlieten I· .mn Die W mim Mi .ihlutirs Mim hirmpl.ii te 58 im ;iiis einem Matt ι ml lieifi MeIh. d.is eine ;:n<!le nptisi he W'»ι mek.i|>.i/ilal .iiilueiM. u te heis|iielswei^l-e Kistlieiet St.ihl unt\ befindet · u It si. n.ih u te miij'lu h ,m den DiiMinetereknienlen 10 Inlet del Sihlil/e )R.t im siiwdhl ti) ilei ll(''he ills .null in dei Hielte kleinei .tls ledes Dosmnierelemt nl 10

I ine Inii-piiituinssi h.iluni)· 40 im mn dem fdii-eleklti si hen W mullet 32 \etbiitulen und inleftierl il.is Aiisfiini'ssij'iiiil de¹· W .hu!U"ι "■ 32 nbi ι eitle Mirbestimm· te /eild.iuei

Wenn eine dei Diitii lh dun Ii liii.ilipiiii: des entspteeheruleti Dun liflt:|Imi mm ;;iiU 22 heiHe I.lift j-ej'en d.is diesel Dii«.i lh /ιΐ)·ιnnlru tr Dusimeterele ment 10 bliiM. w ml il.is leueilii'e Di im met et element .iiif eine j:u im si hte 1 etnpei.itiM ei w .imii und f.· ibt 1 her:iuilumines/en/ l.ii lit ,ib. d.is MiIi ilunh d.·^ umgebende Medium (;iln"^p!;.inn he lud) m aiii :: Kiihliinpen iiiishreilel. uohei ein "I eil mittels des oplisehei l'iihriinpselementes 34 auf der liehtempfinilliehei lliiehe des foloelektnsi heu Wandlers 32 jresammel wird.

Wie \orstehend besi hneben. ist die Intensität des \oi jedem Dosimetiielemenl IO iiuscesandlen I hermoliimi nes/eii/l.iehtes im allgemeinen sein sehwaeh. nbwoh sie in Abhängigkeit \om Material des Dosimeieie inenles 10 ein weni)' iinlersehiedlieh ist. Die /wisehei den Dosimeteiclcmenlen 10 und dei I inliillsfliii Iu 34, des optsichen I tihrniij elementes 34 iiiij'eoidniii Ahschiimplattc 38 dient da/ii. fm die Alilescrcnaiiijikci den imi'iinslif'sten I infinit des ■,ocenannlen optiselu ι K,him hens klein /Ii hallen, das aiii die Win mestrahhni) vein den Wanden der llei/kammei und/oder mm gewissen Haiileilen dei I lei/votiii hum)', wie beispii I weise dein W;irmeauslaiisi her 20 und den Diisen K /iiniek/niiiiiren ist i'oipiu ii soiiten die /\iismaiie de Absehiimplalle 38 und der Si hin/¹ 18./ dei a11 festieler sein, dall die W ai niestialiliinj' so weil wie inoflu ahpeselnrml und ein anj'emessctiei Anteil des ausj sandten I liemuiliimines/en/ l.iehtes zu dem opliscliei I uhnmj!selemenl 34 » eiterfeleilet w ι rc I

Die das optische I uhi uncselemenl 34 bedeckend i illersehieht >t> \eirm)'erl den Wiimu'siinhlimj'swei an der lichleiiipfindliehen Chieiie des loineleklnsclu ' Wiii'i.'ieis 32 w eitel

Das optische I uhi unj!se emenl 34 iichlet das \o H'deni Dosimeterelemenl 10 aiispesandlc sehwaeh I heimoliimines/en/ l.u ht auf die luhleniplindlieh I lache des fotoelektnscheii Wandleis 52. so dal Ablesefehler klein gehalten weiden, die auf dei I Inleisehied in der I nlfetniin^ /wischen den em/elnei DiiMineteieleinenten 10 und dem foloelekltisehei W iindler 32 /uiuck/iifiihren sind

Die Aiisslatluiic der I Ιι·ι/\οΓπιΙιΙιιημ lies I leiHluftfe biases mit meliiiien Düsen dient da/u. Ablesefehler /ι v'imeiden. die \on einer X'iTsti-llunp entweder de I lei/\oirichlunj· oder der Dosimeleielemenle Ii hei liihren konnten.

Diiieh den viirsirhi-iul best hriebeiii ti Aulluil de Aii'.weite^erates kann der Wert der W ai niestrahlunj an dei lichtempfindlichen I hiebe des (otoelekliiseln Wandlers 32 im Vergleich /ti den bei heikommlieliei Milc-einsinimenten beobachteten Werten auf wenige als '■■·, verminderl werden Deiiigeniäll können Ik Verwendung des Ausw ertegerates in Verbindung mi herkömmlichen Dosimelerelementen 10 seht kleint Sltahlimgsdosen mit hoher Genauigkeit gemesset w erden.

Miau Zcichnuncen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Auswertegerät für Thermolumincszenz-Strahlungsdosiineter mit einer Halterung /um Festhalten von einem oder mehreren Dosimeierelementen in vorgegebenen Stellungen, mit einer eine Heißluftdüse aufweisenden Heizeinrichtung zum wahl weisen Erwärmen der Dosimeterelemente auf eine vorgegebene Temperatur und mit einem fotoelektrischen Wandler, der über ein optisches Führungselement das von jedem der Dosimcterelemente bei der Erwärmung ausgesandte Thermolumineszenz-Licht empfängt und dieses in eine elektrische Meßgröße umsetzt, wobei das optische Führungselement derart ausgebildet ist, daO es das von jedem der Dosimeterclemente ausgcsandte Thermolumincszenz-Licht auf den fotoelektrischen Wandler sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmestrahlungs-Abschirmplatte (38) zwischen den Dosimetereltiiienten (10) und dem optischen Führungsclcrncnt (34) angeordnet ist, die mindestens einen jeweils einem einzigen Dosimcterelcment (10) gegenüberliegenden Schlitz (38a) aufweist, dessen Abmessungen kleiner als diejenigen der Dosimeterelcmente (10) sind, wodurch das von jedem der Dosimeterclementc (10) ausgcsandte Thcrmolumineszenz-Licht nur durch den jeweils gegenüberliegenden Schlitz (iSa) zu dem fotoclcktrischen Wandler gelangen kann, und daß zumindest die Eintrittsfläche (34a) oder die Alistrittsfläche (34b) des optischen Führungsclemcntcs (34) von einer Wärmestrahlung im Infrarot-Bereich und von noch größeren Wellenlängen unterdrückenden Filterschicht (36) bedeckt ist, wobei die Eintrittsflächc (34;i^cine für die gesamte Dosimctcrclemcnteanordnung ausreichende Größe aufweist, während die Austritlsfläche (34b) kleiner als die Eintrittsfläche (34;i/'dimensioniert ist.

2. Auswertegerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (36) mindcstens eine aufgedampfte Zinksulfidschichl und mindestens eine aufgedampfte Magnesiumfluoridschichl aufweist.

J. Auswertegerät nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Führungsclement (34) aus optischem Glas besteht und die Form eines Trapezprismas aufweist, wobei die längere bzw. die kürzere der beiden parallelen Seiten des Trape/es derart in der Einfallscbcnc bzw. der Ausfallsebene des Thermolumineszenz-Lichtes liegen, daß das durch jeden der Schlitze {38a) hindurchlrctendc Thermolumineszcnz-Lichl auf den fotocleklrischer Wandler (32)gerichtet wird.